ccd遥感相机信号处理电路降噪方法

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1、36航天返回与遥感2008年第29卷CCD遥感相机信号处理电路降噪方法程芸李涛(北京空间机电研究所，北京1oo076)’摘要针对中国遥感高分辨率传输型相机的发展趋势，提出了一些降低信号处理电路噪声的方法；从信号完整性理论出发，利用电子设计自动化(EDA)工具Cadence软件进行了仿真与验证，并经实际电路测试验证取得了良好的效果。关键词电荷耦合器件低噪声信号处理遥感相机TheMethodsofReducingNoiseinSignalProcessingCircuitofCCDRemoteCameraChengYunLiTao(BeijingInstituteofSpaceMechanic

2、s&Electricity，Beijing100076)AbstractInbackgroundofthe~endsofthehigh—resolutionremotesensingcamera，thearticleproposedsomemethodsofreducingnoiseinsignalprocessingcircuit．BasedonthetheoryofSignalIntegrity，itsimulatedandvalidatedonasoftwarenamedCadence，atlast，verifiedonrealcircuit，andgotverygoodresult

3、s．KeyWordsChargecoupleddeviceLownoiseSignalprocessingRemotecamera1引言随着高分辨率CCD遥感相机的发展，信号速率的不断提高，信号处理电路在进行硬件设计时主要需要解决的技术难点是在时钟频率达到20MHz甚至更高的时候，如何有效地解决电路的电磁兼容性、信号完整性以及电源完整性问题，在保证电路功能的基础上，最大限度地降低电路噪声。本文主要从电源滤波、信号滤波、阻抗匹配、合理布局布线这几个方面进行研究。2电源滤波设计由于各种电源上的噪声会不同程度的耦合到信号中去，导致信噪比降低，因此，要对输入电源进行足够的滤波处理，从而减小从电源耦

4、合到CCD模拟信号或图像数字信号上的噪声。在电路板输入接口处，可以采用电感电容(LC)滤波电路对电源进行滤波处理。器件的电源管脚处还应该设计必要的去耦电容。_lJ考虑到电源网络中主要存在的是50Hz的噪声，因此为了保证电源滤波网络的设计合理性，在电路仿真工具PSpice环境下，输入50Hz的正弦波信号作为噪声，对其滤波输出进行仿真，得到如图l的输出波形。收稿日期：2008一10—28基金项目：国家重大科技专项工程第29卷第4期航天返回与遥感2008年12月SPACECRAFTREC0VERY&REM0I1ESENSING37I}一、＼jf，、舶；I，‘八⋯¨‘。’一～⋯‘+f，r_甚。ad

5、-一f：1ll』Il一，．。，tll＼h--__llj0400名＼0暑]√4000、输入l曩—8002O4O6O80}l’Jl'u

6、／ms图2多种频率噪声输入滤波效果仿真3放大滤波电路放大滤波电路主要完成CCD视频信号的接收、放大及低通滤波等作用，电路原理图如图3所示。此电路为二阶有源低通滤波器，滤波器带宽、增益4可调。对电路进行分析得出滤波器传递函数为：()=1而(1)Av：=1+Rf(2)4式中S为糸统频翠。而二阶系统传递函数通式2]：Y(s)(3)5+∈[u+式中gO为固有频率；∈为阻尼系数。根据式(1)与式(3)可以求出：09n1‘4)R~+R2[C2(5)=一—^^／，1nn＼J

7、，当阻尼系数：，即品质因数Q：1／√时此滤波器为二阶巴图3二阶有源低通滤波器原理图38航天返回与遥感2008年第29卷特沃兹滤波器，在通带内，幅频特性最为平坦。又取尺l=2所以，C2=2C1实际电路设计中经过计算取l=尺2=75t2，C2=2C1=lOpF。在Cadence环境下对电路的频率响应进行仿真分析，幅频特性如图4所示。100⋯m一ll～茎s。一，一⋯．；、懈lO。～№冈4滤波器幅频特性曲线从图上可以观察到，该电路具有典型的低通滤波特性，且在滤波器通带内幅频特性极为平坦。3dB带宽一仿真结果为ll5MHz，按照工程经验滤波器的带宽一般相关双采样前取CCD工作频率的5到7倍，因此输入

8、⋯CCD模拟信号频率为20MHz，那么该滤波器带宽完全满足IOOMHz～140MHz的设计范围要求。在PSpice环境下，对于20MHz无噪声CCD信号的响应曲线如图5所示。■一0一、：；}t1一⋯一一．√．．一。ll．?：—ll0l02O3O4O5(】60708(i}9O,'tM／．s图5滤波器对无噪声CCD信号的响应为了保证滤波器设计的真实性，对输入的CCD信号进行加噪声处理，通过观察输出波形，判断滤波效果的好坏。当